免疫系統一日遊

轉載：Aug 25th, 2008 by Mr. Thursday

免疫系統對我們實在是非常重要。之前介紹過的病毒，或是生活環境中都有許多細菌，甚至身體裡面也會自己長出癌細胞，但是因為有了免疫系統，我們可以在一定程度下保持自己的健康，除此之外，我們得過一種疾病之後，還會記住這個疾病，第二次的免疫反應會更大更迅速，讓我們有「免疫」的表現。或者透過疫苗的方式，我們也不需要得過一次病，就可以「免疫」了！然而我們的免疫系統，是如何運轉的呢？除了白血球 (可以細分為4種今天不談) 提供身體一般非特定性的免疫功能，對每一種疾病特定的免疫反應，則是透過身體裡面的兩種淋巴細胞來反應，分別是B細胞和T細胞。為什麼叫做B細胞和T細胞呢？是因為他們喜歡用 BT 下載影片嗎？No No No! B細胞是因為他是在骨髓 (bone marrow) 裡面成熟，所以稱為B細胞， T細胞是因為他是在胸腺(thymus) 成熟，所以稱為T細胞。


圖1 淋巴細胞(lymphocyte)與樹狀白血球細胞(dendritic cell)

B細胞和T細胞如何在身體裡面清除病原，讓身體保持健康呢？這邊有另外兩個主角，就是抗原和抗體 (antigen and antibody)。抗原是病菌或病毒上面某個可以被辨認的蛋白質片段，而抗體就是免疫細胞上面，可以專門來辨認和結合抗原的部分，抗原和抗體，就有如鑰匙和鎖的關係，而且具有特定性，一個抗體就只辨認一種抗原。B細胞和T細胞的差別，可以從他們細胞膜上面的抗體來分別。


圖2 抗原 (antigen) 與 抗體 (antibody)

每個T細胞或B細胞上面有許多抗體 (antibody)，就像上面那張圖裡面紫色的部分一樣，每個細胞有很多個抗體，但是同一個細胞表面的抗體會全部都一樣，也就是說抗體有很多種，但是一個B細胞或T細胞上面，只有一種抗體分布在上面。而一個抗原(antigen)則會有許多小部分 (epitopes) 可以讓某一個特定的抗體所辨認，所以一個抗原，有時候會需要三個抗體才能完全被辨認和結合。

抗體結合到抗原上面，就表現出免疫的作用了，譬如說病毒如果被抗體辨認，然後結合起來，病毒原來可以侵入細胞的區域，可能就被抗體給佔據，因此病毒就無法再入侵健康的細胞了。對於已經被感染的細胞，或是外來的病菌，抗體則是有另外一種作用，簡單地說，是一種把抗原標示起來的作用，讓免疫系統其他組成份子可以確定摧毀的目標。整個故事怎麼走呢？下面就來慢慢解釋。

首先，除了B細胞和T細胞以外，還有一種細胞稱為T-Helper細胞 (T-幫助細胞)。T-helper細胞在被啟動的時候，可以分泌一種化學物質 (cytokine) ，間接刺激B細胞和T細胞，形成兩條免疫反應的路徑，在往這兩條路走下去之前，讓我們先看看T-helper細胞怎樣子被啟動。

MHC和 T-helper 細胞的啟動

當一個細胞被感染以後，或是身體裡面的巨噬細胞 (macrophage) 剛把一個外來的病原體吃掉的時候，病原體上面的蛋白質，也就是抗原 (antigen)，就是可以被抗體辨認的地方，會從細胞裡面被帶到細胞膜上面示眾。而把抗原從細胞裡面帶到細胞膜上面的物質，名稱簡寫為 MHC，是一種蛋白質，可以把抗原從細胞裡面，帶到細胞膜上面示眾。T-helper細胞在細胞膜上面，如果有可以對應的抗體結合上去，T-helper細胞自己就會被啟動，開始散發出化學物質 (cytokine)，間接啟動B細胞和T細胞。

因此受到感染的細胞，把病菌吃掉的巨噬細胞、樹狀白血球細胞、以及B細胞本身，都會在吃完病原或感染後，經由MHC把可以被辨認的抗原從細胞裡面，帶到細胞膜表面示眾。T-hepler細胞上面的抗體一旦結合到這個抗原，就會分泌化學物質 (cytokine) 刺激B細胞和T細胞。

間接啟動B細胞的路徑

B細胞被T-helper細胞間接啟動以後，會分化成熟為兩種B細胞，分別是漿B細胞 (plasma B cell)和記憶B細胞 (memory B cell)。漿B細胞就是負責大量生產可以結合剛才那一個抗原的抗體，就像是大量製造對付某一個抗原的子彈，製造出來的抗體就可以開始發揮作用，而這也稱為第一階段的免疫反應。記憶B細胞，則是可以存活數十年之久，下一次又遇到同樣一個抗原出現的時候，可以立即製造抗體，因此免疫反應變快了，也變強了，因為第一次分化成熟的時候，同時就製造了一堆記憶B細胞，是可以認得這個抗原的B細胞。所以記憶B細胞，就是第二階段免疫反應的主角，再第二次接觸抗原的時候，立即且比第一次更強烈地製造對應的抗體。

圖3 間接啟動B細胞的免應反應路徑

間接啟動T細胞的反應路徑

剛才提到B細胞分泌抗體來達成免疫作用，會發生在器官移植排斥和輸錯血的時候，也會發生在消滅外來病菌的時候，也就是針對完整的病原體進行消除。然而如果是自己身體的細胞，但是已經被感染，要消除自己本身被感染的細胞，要怎麼辦呢？T細胞這條路徑，就是負責這一個部分。

因為T細胞上面還有膜蛋白CD8 (所以下一次如果看到投影片上面有CD4或是CD8，就知道是在講膜蛋白，不是講音樂產業了XD)，所以T細胞和T-helper細胞一樣，都可以和示眾 的MHC上面的抗原結合。T-helper剛才啟動分泌化學物質(cytokin) 之後，T細胞間接被啟動，就會和B細胞一樣再分成兩條路，一部分會變成殺手T細胞 (cytotoxic T cell)，另一部分變成記憶T細胞 (memory T cell)。殺手T細胞可以在被感染的細胞上面 (有MHC在細胞膜上面把病原示眾，所以不會殺錯細胞) 挖個洞，然後分泌分解細胞的物質進去。這個感染的細胞，就會進行細胞凋亡 (apotosis)的過程。之後剩下來的碎屑抗原，就是由剛才B細胞分泌的大量抗體來圍起來。

圖4 間接啟動T細胞的反應路徑

抗體產生的過程

至於這麼多種病原，要從哪邊產生這麼多種抗體來辨認呢？DNA是否有這麼多基因可以產生這麼多種抗體呢？關鍵在於mRNA的修飾。先讓我們稍微回想一下，之前介紹DNA到蛋白質的過程，大約有下面幾個步驟：

1. 依照DNA製造出互補(A對T, C對G) 的mRNA，有如石膏像的模子。
2. mRNA上面三個鹼基代表一個胺基酸
3. tRNA在ribosome裡面，上面抓著胺基酸，下面一次比對三個mRNA單位，製造出一串胺基酸序列
4. 胺基酸序列經過自我摺疊，形成立體結構，變成有功能的蛋白質
   

其中第一步的部分，有一些簡化，簡化了什麼呢？是mRNA在進入ribosome，接受tRNA比對來製造蛋白質之前，會先做修飾。這個修飾的動作不只是免疫系統這邊需要，其他部分像是基因調節修飾。 (gene regulation)的步驟，都會用到，譬如說脂肪的數量、醣類的數量，會影響某一種蛋白質的表現量，影響的方法，就是讓DNA產生mRNA的時候，可以只產生前面一段，或是像免疫這邊，進行

讓我們把抗體放大瞧瞧。